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镉诱导拟南芥叶片中依赖活性氧的过氧化物酶体自噬。

Cadmium induces reactive oxygen species-dependent pexophagy in Arabidopsis leaves.

机构信息

Department of Biochemistry and Molecular and Cellular Biology of Plants, Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada, 18008, Spain.

School of Biological Sciences, University of Essex, Colchester, CO4 3SQ, UK.

出版信息

Plant Cell Environ. 2019 Sep;42(9):2696-2714. doi: 10.1111/pce.13597. Epub 2019 Jul 26.

DOI:10.1111/pce.13597
PMID:31152467
Abstract

Cadmium treatment induces transient peroxisome proliferation in Arabidopsis leaves. To determine whether this process is regulated by pexophagy and to identify the mechanisms involved, we analysed time course-dependent changes in ATG8, an autophagy marker, and the accumulation of peroxisomal marker PEX14a. After 3 hr of Cd exposure, the transcript levels of ATG8h, ATG8c, a, and i were slightly up-regulated and then returned to normal. ATG8 protein levels also increased after 3 hr of Cd treatment, although an opposite pattern was observed in PEX14. Arabidopsis lines expressing GFP-ATG8a and CFP-SKL enabled us to demonstrate the presence of pexophagic processes in leaves. The Cd-dependent induction of pexophagy was demonstrated by the accumulation of peroxisomes in autophagy gene (ATG)-related Arabidopsis knockout mutants atg5 and atg7. We show that ATG8a colocalizes with catalase and NBR1 in the electron-dense peroxisomal core, thus suggesting that NBR1 may be an autophagic receptor for peroxisomes, with catalase being possibly involved in targeting pexophagy. Protein carbonylation and peroxisomal redox state suggest that protein oxidation may trigger pexophagy. Cathepsine B, legumain, and caspase 6 may also be involved in the regulation of pexophagy. Our results suggest that pexophagy could be an important step in rapid cell responses to cadmium.

摘要

镉处理诱导拟南芥叶片中的过氧化物酶体短暂增殖。为了确定这一过程是否受pexophagy 调控,并鉴定所涉及的机制,我们分析了自噬标记物 ATG8 和过氧化物酶体标记物 PEX14a 的时程依赖性变化。在 Cd 暴露 3 小时后,ATG8h、ATG8c、a 和 i 的转录水平略有上调,然后恢复正常。ATG8 蛋白水平在 Cd 处理 3 小时后也增加,尽管 PEX14 的模式相反。表达 GFP-ATG8a 和 CFP-SKL 的拟南芥系使我们能够证明叶片中存在pexophagic 过程。通过在 ATG5 和 ATG7 相关的拟南芥敲除突变体中积累过氧化物酶体,证明了 Cd 依赖性的pexophagy 诱导。我们表明 ATG8a 与 CAT 和 NBR1 在电子致密的过氧化物酶体核心中共定位,因此表明 NBR1 可能是过氧化物酶体的自噬受体,CAT 可能参与靶向 pexophagy。蛋白质羰基化和过氧化物酶体氧化还原状态表明,蛋白质氧化可能触发 pexophagy。组织蛋白酶 B、legumain 和 caspase 6 也可能参与 pexophagy 的调节。我们的结果表明,pexophagy 可能是细胞对镉快速反应的重要步骤。

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